冶煉隧道窯頂車(chē)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

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摘要：本文對(duì)傳統(tǒng)頂車(chē)機(jī)做了改進(jìn)，用電動(dòng)缸代替原來(lái)的液壓系統(tǒng)。采用PLC控制伺服電機(jī)，達(dá)到對(duì)電動(dòng)缸的精準(zhǔn)控制，頂車(chē)機(jī)在速度、位置控制上比傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)更精確。反應(yīng)釜內(nèi)物料在窯內(nèi)具有最佳反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，提高了冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：頂車(chē)機(jī)；電動(dòng)缸；PLC；控制

頂車(chē)機(jī)是隧道窯生產(chǎn)線(xiàn)上的重要設(shè)備。主要功能是運(yùn)載反應(yīng)釜進(jìn)出窯爐。頂車(chē)機(jī)的運(yùn)行速度，可以改變反應(yīng)釜在窯內(nèi)的停留時(shí)間，可以使反應(yīng)釜內(nèi)物料在窯內(nèi)具有最佳反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。合理的頂車(chē)速度是冶煉產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，也使窯內(nèi)熱能得到充分利用，可以提高生產(chǎn)線(xiàn)的效率。傳統(tǒng)頂車(chē)機(jī)要是通過(guò)一套液壓系統(tǒng)推動(dòng)窯車(chē)向前運(yùn)動(dòng)。液壓系統(tǒng)包括液壓泵、直流電機(jī)、電磁閥、管路、配電箱等。需要定期維護(hù)，更換液壓油和過(guò)濾器等配件，容易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。另外當(dāng)液壓系統(tǒng)由于管路爆裂失壓，無(wú)法通過(guò)手動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)軸向動(dòng)作。液壓系統(tǒng)需要控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)大小來(lái)控制窯車(chē)運(yùn)行速度，控制復(fù)雜，精度不高。

1系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

本成果的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是把電動(dòng)缸與PLC控制相結(jié)合應(yīng)用在頂車(chē)機(jī)中，通過(guò)PLC和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)達(dá)到對(duì)電動(dòng)缸的精準(zhǔn)控制。目前，電動(dòng)缸技術(shù)用在頂車(chē)機(jī)上在國(guó)內(nèi)外屬于首次。相比于液壓系統(tǒng)，電動(dòng)缸控制在速度、壓力和位置方面更加精確，可以做到頂車(chē)控制和窯內(nèi)各個(gè)被控制點(diǎn)的嚴(yán)格控制相匹配，大大提高了生產(chǎn)線(xiàn)的效率。電動(dòng)缸不需要復(fù)雜的成套系統(tǒng)支持，（包括泵，管道，閥門(mén)，過(guò)濾器，很多接頭等）；可以節(jié)約很多的空間，而且在無(wú)維護(hù)的情況下，安全可靠的工作；沒(méi)有油污的污染，大幅度降低噪音（噪聲小于60分貝），保持潔凈/安靜的工作環(huán)境。

2系統(tǒng)的技術(shù)原理及工作流程

產(chǎn)品技術(shù)原理是用電動(dòng)缸代替?zhèn)鹘y(tǒng)頂車(chē)機(jī)的液壓系統(tǒng)。頂車(chē)機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC（本成果采用的是三菱Q系列PLC）+工控計(jì)算機(jī)控制。上位機(jī)（工控計(jì)算機(jī)）界面可以顯示窯車(chē)的速度、位置、推力等數(shù)據(jù)，并且在PLC中實(shí)現(xiàn)閃圖效果，便于操作人員迅速找出故障點(diǎn)的位置。下位機(jī)PLC軟件設(shè)計(jì)上，按照冶煉工藝數(shù)據(jù)要求，融合采集到窯爐內(nèi)數(shù)據(jù)信息，采用PID算法控制頂車(chē)機(jī)運(yùn)行，通過(guò)PLC定位模塊對(duì)伺服電機(jī)精準(zhǔn)控制，進(jìn)而精確控制窯車(chē)的運(yùn)行速度和定位窯車(chē)的位置。頂車(chē)機(jī)工藝流程如下：頂車(chē)機(jī)定時(shí)時(shí)間到——擺渡車(chē)前有搖車(chē)到位——擺渡車(chē)在回車(chē)線(xiàn)上準(zhǔn)確定位——擺渡車(chē)上無(wú)窯車(chē)——夾緊裝置為松開(kāi)狀態(tài)——推車(chē)機(jī)啟動(dòng)推動(dòng)窯車(chē)上擺渡車(chē)——窯車(chē)到位——推車(chē)機(jī)返回——推車(chē)機(jī)到位停止——電磁夾緊裝置將窯車(chē)夾緊——夾緊到位后——擺渡車(chē)正向啟動(dòng)，低速向窯頭方向移動(dòng)——擺渡車(chē)變高速運(yùn)行——接近窯頭時(shí)候變低速，繼續(xù)向窯頭移動(dòng)——進(jìn)入定位對(duì)軌狀態(tài)——對(duì)軌成功——擺渡車(chē)停止——頂車(chē)機(jī)前進(jìn)，將窯車(chē)頂入窯內(nèi)——當(dāng)頂車(chē)機(jī)到位后——頂車(chē)機(jī)返回——頂車(chē)機(jī)返回到位后——頂車(chē)機(jī)停止——擺渡車(chē)反向高速啟動(dòng)——擺渡車(chē)快速返回——轉(zhuǎn)為反向低速——進(jìn)入反向?qū)壎ㄎ弧ㄎ唤Y(jié)束——擺渡車(chē)停止——將窯車(chē)頂?shù)綌[渡車(chē)前等待——等待下一次定位時(shí)間到。工作流程圖如圖1所示。

3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用三菱Q系列PLC，由CPU模塊+I/O模塊+定位模塊+A/D模塊+D/A模塊+通信模塊組成。I/O模塊提供了無(wú)源節(jié)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)量輸入采集，繼電器輸出等功能。定位模塊選用4軸定位模塊，開(kāi)路集電極脈沖輸出，具有定位功能，可以進(jìn)行位置控制、速度控制、位置-速度切換控制功能等。頂車(chē)機(jī)、推車(chē)機(jī)、擺渡車(chē)采用的是伺服電機(jī)，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)的PID閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的精確控制。A/D模塊主要是采集窯車(chē)速度和推力的模擬信號(hào)，供操作人員實(shí)時(shí)觀察和操控。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

編程軟件用GX-Developer。程序中包括程序初始化、報(bào)警程序、速度控制程序、位置控制程序、A/D程序等部分組成。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，程序首先自檢，檢測(cè)個(gè)限位是否到位，滿(mǎn)足初始條件后執(zhí)行下步動(dòng)作。電動(dòng)缸位置速度控制部分程序如圖3。

5結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)首次把電動(dòng)缸應(yīng)用在頂車(chē)機(jī)中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓系統(tǒng)，通過(guò)PLC和伺服電機(jī)，精確控制窯車(chē)的運(yùn)動(dòng)，提高了冶煉產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，靜音效果好，改善了工作環(huán)境。

作者：趙剛 單位：阜新市先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展服務(wù)中心